KR102594148B1 - 복합 부직포 및 이를 포함하는 물품 - Google Patents

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Abstract

복합 부직포 및 이를 포함하는 물품이 개시된다. 개시된 복합 부직포는 적어도 부분적으로 대전처리된 멜트블로운 부직포층 및 이의 일면 또는 양면에 배치된 것으로 적어도 부분적으로 대전처리된 스펀본드 부직포층을 포함하고, 상기 스펀본드 부직포층은 정전성능 보존제를 포함한다.

Description

복합 부직포 및 이를 포함하는 물품{Non-woven fabric composite and article including the same}
복합 부직포 및 이를 포함하는 물품이 개시된다. 보다 상세하게는 기계적 물성 및 미세먼지 제거기능이 우수한 복합 부직포 및 이를 포함하는 물품이 개시된다.
미세먼지 제거용 마스크의 경우 내외피 소재와 중앙부의 미세먼지를 걸러주는 필터소재가 다층으로 복합화되어 구성되어 있다.
필터층으로는 주로 대전처리된 멜트블로운(Meltblown) 부직포가 사용되고 있다. 멜트블로운 부직포는 낮은 기계적 강도와 높은 유연성으로 인해 형태 안정성이 낮아 외부 충격이나 마찰에 의해 쉽게 구조 변형이 발생한다. 따라서, 멜트블로운 부직포층을 보호하고 형태 안정성을 부여하기 위해 멜트블로운 부직포층의 양면 또는 일면에 형태 안정성과 인장강도 등의 기계적 물성이 높은 부직포를 적층하여 마스크를 구성하게 되며, 주로 스펀본드 부직포가 별도의 라미네이팅 공정을 거쳐 적층된다.
또한, 일반적으로 대전처리된 멜트블로운 소재의 일면이나 양면에 내외피용 소재로 적용되고 있는 스펀본드 부직포는 필라멘트가 굵고 기공이 크기 때문에 미세먼지 제거효율이 거의 없이 형태 안정성을 부여하는 기능만을 갖는다. 따라서, 다층의 마스크 부직포 구성 중 중앙부에 위치한 필터층에서만 미세먼지를 걸러주기 때문에 미세먼지가 필터층에 집중적으로 적층되어 필터링 효율이 사용시간에 따라 감소하는 문제점이 있으며, 특히 장시간 마스크를 착용해야 하는 산업현장에서는 이러한 문제가 사용자의 호흡기 안전에도 영향을 미칠 수 있다.
또한, 내외피층으로 사용되는 부직포는 주로 마스크의 외형을 따라 초음파 융착에 의해 합지되기 때문에, 융착 공정시 내층의 대전처리된 멜트블로운 부직포의 구조가 변경되어 필터링 성능이 저하될 수 있다.
본 발명의 일 구현예는 기계적 물성 및 미세먼지 제거기능이 우수한 복합 부직포를 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 복합 부직포를 포함하는 물품을 제공한다.
본 발명의 일 측면은,
대전처리된 멜트블로운 부직포층 및 이의 일면 또는 양면에 배치된 스펀본드 부직포층을 포함하고,
상기 스펀본드 부직포층은 정전성능 보존제를 포함하는 복합 부직포를 제공한다.
상기 정전성능 보존제의 함량은 상기 스펀본드 부직포층의 총중량을 기준으로 0.6~6.0wt%일 수 있다.
상기 정전성능 보존제는 광안정제, 열안정제 및 결정제어제 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 광안정제의 함량, 상기 열안정제의 함량 및 상기 결정제어제의 함량은 각각 상기 스펀본드 부직포층의 총중량을 기준으로 0.2~2.0wt%일 수 있다.
상기 광안정제는 힌더드 아민 광안정제를 포함할 수 있다.
상기 열안정제는 산화방지제를 포함할 수 있다.
상기 결정제어제는 지방산의 금속염을 포함할 수 있다.
상기 복합 부직포는 제1 스펀본드 부직포층, 상기 대전처리된 멜트블로운 부직포층 및 제2 스펀본드 부직포층을 이 순서대로 포함할 수 있다.
상기 멜트블로운 부직포층은 적어도 하나의 대전처리된 멜트블로운 부직포 서브층을 포함할 수 있다.
상기 멜트블로운 부직포층은 적어도 하나의 대전처리된 멜트블로운 부직포 서브층 및 적어도 하나의 대전처리되지 않은 멜트블로운 부직포 서브층을 포함할 수 있다.
상기 복합 부직포는 적어도 하나의 추가층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은,
상기 복합 부직포를 포함하는 물품을 제공한다.
상기 물품은 미세먼지 제거용 마스크, 공기청정기용 필터 또는 에어컨용 필터일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 복합 부직포는 내오염성 및 형태 안정성이 우수할뿐만 아니라 수명이 연장될 수 있으며, 필터층의 다층화로 마스크 전체의 성능 향상 및 제거효율 안정성이 향상될 수 있다.
또한, 상기 복합 부직포는 각종 먼지, 미세먼지, 세균 등의 제거 목적으로 활용될 수 있으며, 의료용 또는 보건용 마스크로 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 복합 부직포를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 복합 부직포를 연속적으로 제조하기 위해 사용되는 복합 부직포의 제조장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 복합 부직포를 상세히 설명한다.
본 명세서에서, "복합 부직포(non-woven fabric composite)"는 2종 이상의 부직포가 개별적으로 제조된 후 별도의 라미네이팅(합지) 후공정을 거쳐 제조된 부직포 적층체가 아니라, 2종 이상의 부직포가 하나의 연속공정으로 제조되어 일체화된 부직포를 의미한다. 따라서 본 명세서에서,"복합 부직포"는 "모놀리식 부직포(monolithic non-woven fabric)"로도 지칭될 수 있다. 상기 복합 부직포는 상기 부직포 적층체에 비해 층간 결합이 강하고, 형태 안정성 및 여과성능이 우수하다는 특징을 갖는다.
또한 본 명세서에서, "대전처리된 부직포층" 또는 "대전처리된 부직포 서브층"은 연속공정으로 제조된 것일 수 있다. 구체적으로, "대전처리된 부직포층" 또는 "대전처리된 부직포 서브층"은 연속공정으로 "부직포의 제조"와 "대전처리"를 순차적으로 또는 동시에 실시함으로써 제조된 것일 수 있다.
또한 본 명세서에서, "대전처리되었다"는 것은 부직포 섬유상에 전하가 반영구적으로 부여되어 인접한 섬유들간에 정전기장을 형성할 수 있는 상태를 의미하며, 대전처리된 부직포는 대전처리되지 않은 부직포에 비해 전하밀도 및 미세먼지 제거효율이 높은 특징이 있다.
또한 본 명세서에서, "적어도 부분적으로 대전처리되었다"는 것은 오직 하나의 층으로만 구성된 경우에는 당해 층 전체가 대전처리되었음을 의미하고, 복수개의 서브층으로 구성된 경우에는 일부 서브층은 대전처리되고 나머지 서브층은 대전처리되지 않았거나 모든 서브층이 대전처리되었음을 의미한다.
또한 본 명세서에서, "전하 증가제"는 전하밀도를 증가시켜주는 물질을 의미한다.
또한 본 명세서에서, "미세먼지 투과율" 및 "미세먼지 제거효율"은 제작후 사용전 복합 부직포에 대하여 하기 방법으로 평가하였다:
(1) 측정 장치: TSI사의 TSI-8130 모델을 사용하였다.
(2) 에어로졸 형성: 상기 측정 장치는 미세 에어로졸 생성장치에서 발생한 염화나트륨 수용액 미스트의 물을 증발시켜 공기 중에 분산된 염화나트륨 에어로졸을 형성하였다. 상기 형성된 염화나트륨 에어로졸 중 염화나트륨 입자의 평균입경이 0.3㎛이고, 에어로졸 내 염화나트륨의 농도는 18.5mg/m3이다.
(3) 에어로졸 투과율 평가: 에어로졸의 투과 면속도는 16cm/sec이고, 부직포의 평가면적은 100cm2이었다. 상기 에어로졸 투과율을 미세먼지 투과율로 기록하였다.
(4) 에어로졸 제거효율 평가: 에어로졸 제거효율은 하기 수학식 1로 표현될 수 있다. 상기 에어로졸 제거효율 미세먼지 제거효율로 기록하였다.
[수학식 1]
에어로졸 제거효율 (%) = 100 - 에어로졸 투과율(%)
본 발명의 일 구현예에 따른 복합 부직포는 대전처리된 멜트블로운 부직포층 및 이의 일면 또는 양면에 배치된 스펀본드 부직포층을 포함한다.
상기 스펀본드 부직포층은 정전성능 보존제를 포함한다.
상기 정전성능 보존제는 상기 대전처리된 멜트블로운 부직포층의 정전성능을 보존하고, 상기 복합 부직포 전체의 인장강도를 장시간 높은 수준으로 유지시켜주는 역할을 수행한다. 일반적인 마스크 생산시 스펀본드 부직포와 대전처리된 멜트블로운 부직포가 주로 사용되는 각 층은 각각의 부직포가 별도로 제조된 후 초음파 등의 수단으로 융착되어 합지되기 때문에 실제로는 부직포들이 서로 소정 간격 떨어져 있게 되어 어느 하나의 부직포층이 이에 인접한 다른 부직포층의 물성에 크게 영향을 미치지 않는다. 그러나, 본 발명의 일 구현예에 따른 복합 부직포는 내외피층(스펀본드 부직포층)과 필터층(멜트블로운 부직포층)이 하나의 단일 복합층으로 구성되어 있기 때문에 각 부직포층이 서로 밀접하게 붙어 있어서 어느 하나의 부직포층의 물리화학적 변화가 인접한 다른 부직포층에 영향을 줄 수 있다.　특히, 내외피층의 물리화학적 변화에 의해서 전하나 라디칼과 같은 이온성 물질이 내부의 대전처리된 멜트블로운 부직포층으로 전이되면 상기 대전처리된 멜트블로운 부직포층의 정전성능이 감소하여 미세먼지 제거효율이 저하될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 구현예에 따른 복합 부직포에 있어서, 대전처리된 멜트블로운 부직포층의 정전 성능을 장기간 보존하여 필터링 기능의 장기간 안정적 유지를 위해서는 상기 대전처리된 멜트블로운 부직포층의 일면 또는 양면에 접합되어 있는 스펀본드 부직포층의 물리화학적 변화가 발생하지 않도록 하는 것이 중요하다. 이러한 기술적 측면에서 내외피층으로 사용되는 스펀본드 부직포층에 “정전성능 보존제”를 투입하여 외부노출이나 장기보존에 따른 스펀본드 부직포층의 물리화학적 구조변화 및 이로 인해 야기되는 대전처리된 멜트블로운 부직포층의 성능 변화를 감소시킬 수 있다.
상기 정전성능 보존제의 함량은 상기 스펀본드 부직포층의 총중량(이는 상기 정전성능 보존제의 중량을 포함함)을 기준으로 0.6~6.0wt%일 수 있다.
상기 정전성능 보존제는 광안정제, 열안정제 및 결정제어제 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 광안정제의 함량, 상기 열안정제의 함량 및 상기 결정제어제의 함량은 각각 상기 스펀본드 부직포층의 총중량을 기준으로 0.2~2.0wt%일 수 있다. 상기 광안정제의 함량, 상기 열안정제의 함량 및 상기 결정제어제의 함량 중 적어도 하나가 상기 각 수치범위를 벗어나게 되면, 미세먼지 제거 성능 유지율, 인장강도 유지율 및 방사 안정성 중 적어도 하나의 물성이 저하될 수 있다.
상기 광안정제는 힌더드 아민 광안정제(HALS)를 포함할 수 있다.
상기 힌더드 아민 광안정제는 Uvinul® 5050 H(alpha-alkenes(C20-C24) maleic anhydride-4-amino-2,2,6,6-tetramethylpiperidine), Chimassorb 944(폴리[[6-[(1,1,3,3- 테트라 메틸 부틸)아미노]-1,3,5-트리아진-2,4-디일]-[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)이미노]-1,6 헥산디일 [(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)이미노]]), Chimassorb 2020(N,N'-Bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl)-1,6-hexanediamine polymer with 2,4,6-trichloro-1,3,5-triazine reaction products with N-butyl-1-butanamine and N-butyl-2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinamine), Tinuvin® 770 DF(Bis(2,2,6,6,-tetramethyl-4-piperidyl) sebaceate), Tinuvin® 622 SF(Butanedioc acid, dimethylester, polymer with 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine ethanol), 2-(2-하이드록시 페닐)-벤조트리아졸 UVA와 염기성 HALS의 블렌드 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 열안정제는 산화방지제를 포함할 수 있다.
상기 산화방지제는 일차 산화방지제 또는 이차 산화방지제와 이들의 조합을 포함할 수 있다. 대표적인 일차 산화방지제는 Irganox® 3114 (1,3,5-tris(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl)-1,3,5-triazine-2,4,6(1H, 3H, 5H)-trione), Irganox® 1010(pentaerythritol tetrakis[3-[3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl]propionate])를 포함할 수 있으며, 이차 산화방지제는 Irgafos®126(bis-(2,4-di-tert-butylphenol)pentaerythritol diphosphite) Irgafos®168(트리스(2,4-디-tert-부틸페닐)포스파이트) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 결정제어제는 지방산의 금속염 또는 sorbitol계 결정화제를 포함할 수 있다.
상기 지방산의 금속염은 라우르산, 팔미트산, 스테아르산, 올레산 또는 이들의 조합을 포함하는 지방산; 및 마그네슘, 아연, 알루미늄, 칼슘 또는 이들의 조합을 포함하는 금속; 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
Sorbitol계 결정화제는 dibenzylidene sorbitol (DBS), 1,3,2,4-di (p-hydroxyl) benzylidene sorbitol (DHDBS), 1,3,2,4-di para methyl benzylidene sorbitol (MDBS), 1,3,2,4-di para ethyl benzylidene sorbitol (EDBS) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
또한 sodium 2,2'-methylene bis-(4,6-di-tert-butylphenyl) phosphate(NA 11), N,N'-dicyclo-hexyl- 2,6-naphthalene-dicarbox-amide (NU100)가 결정화제로 포함될 수 있다.
상기 복합 부직포는 제1 스펀본드 부직포층, 상기 대전처리된 멜트블로운 부직포층 및 제2 스펀본드 부직포층을 이 순서대로 포함할 수 있다.
일례로서, 상기 제1 스펀본드 부직포층 및 상기 제2 스펀본드 부직포층은 대전처리되지 않은 것일 수 있다.
다른 예로서, 상기 제1 스펀본드 부직포층 및 상기 제2 스펀본드 부직포층 중 적어도 하나는 적어도 부분적으로 대전처리되고, 상기 멜트블로운 부직포층은 적어도 부분적으로 대전처리된 것일 수 있다. 이 경우, 상기 복합 부직포는 적어도 부분적으로 대전처리된 멜트블로운 부직포층 및 적어도 부분적으로 대전처리된 스펀본드 부직포층을 포함함으로써, 우수한 미세입자 포집 기능을 가질 수 있다.
상기 멜트블로운 부직포층은 후술하는 전하 증가제를 포함할 수 있다.
상기 제1 스펀본드 부직포층 및 상기 제2 스펀본드 부직포층 중 적어도 하나는 적어도 하나의 대전처리된 스펀본드 부직포 서브층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 스펀본드 부직포층 및 상기 제2 스펀본드 부직포층 중 적어도 하나는 연속 공정으로 제조되어 서로 일체화된 복수의 대전처리된 스펀본드 부직포 서브층을 포함할 수 있다.
상기 제1 스펀본드 부직포층 및 상기 제2 스펀본드 부직포층 중 적어도 하나는 적어도 하나의 대전처리된 스펀본드 부직포 서브층 및 적어도 하나의 대전처리되지 않은 스펀본드 부직포 서브층을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 스펀본드 부직포층 및 상기 제2 스펀본드 부직포층 중 적어도 하나는 연속 공정으로 제조되어 서로 일체화된 적어도 하나의 대전처리된 스펀본드 부직포 서브층 및 적어도 하나의 대전처리되지 않은 스펀본드 부직포 서브층을 포함할 수 있다.
상기 멜트블로운 부직포층은 적어도 하나의 대전처리된 멜트블로운 부직포 서브층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 멜트블로운 부직포층은 각각 연속 공정으로 제조되어 서로 일체화된 복수의 대전처리된 멜트블로운 부직포 서브층을 포함할 수 있다.
상기 멜트블로운 부직포층은 적어도 하나의 대전처리된 멜트블로운 부직포 서브층 및 적어도 하나의 대전처리되지 않은 멜트블로운 부직포 서브층을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 멜트블로운 부직포층은 각각 연속 공정으로 제조되어 서로 일체화된 적어도 하나의 대전처리된 멜트블로운 부직포 서브층 및 적어도 하나의 대전처리되지 않은 멜트블로운 부직포 서브층을 포함할 수 있다.
상기 복합 부직포에 포함된 적어도 하나의 대전처리되지 않은 스펀본드 부직포, 적어도 하나의 대전처리된 스펀본드 부직포, 적어도 하나의 대전처리된 멜트블로운 부직포 및/또는 적어도 하나의 대전처리되지 않은 멜트블로운 부직포는 각각 서로 독립적으로 비전도성 중합체를 포함할 수 있다.
상기 비전도성 중합체는 폴리올레핀, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리아미드, 이들의 공중합체 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 폴리올레핀은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리-4-메틸-1-펜텐, 폴리비닐 클로라이드 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 폴리에스테르는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리락트산 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 각각의 대전처리되지 않은 스펀본드 부직포, 상기 각각의 대전처리된 스펀본드 부직포, 상기 각각의 대전처리된 멜트블로운 부직포 및/또는 상기 각각의 대전처리되지 않은 멜트블로운 부직포는 각각 서로 독립적으로 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 안료, 금속 불활성화제, 장애 아민, 장애 페놀, 트리에스테르 포스파이트, 인산염, 불소-함유 화합물, 핵화제 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
예를 들어, 대전 특성 향상 목적의 전하 증가제는 미국등록특허 제6,268,495호, 제5,976,208호, 제5,968,635호, 제5,919,847호 및 제5,908,598호에 개시되어 있다. 예를 들어, 상기 전하 증가제는 힌더드아민계 첨가제(hindered amine-based additive), 트리아진계 첨가제(triazine additive) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 전하 증가제의 함량은 각각의 대전처리된 스펀본드 부직포의 충중량 또는 각각의 대전처리된 멜트블로운 부직포의 충중량 100중량부에 대하여 0.25~5중량부일 수 있다. 상기 전하 증가제의 함량이 상기 범위이내이면, 본 발명이 목표로 하는 높은 수준의 대전 성능을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 방사성이 양호하고 부직포의 강도가 높게 유지되며 비용 측면에서도 유리하다.
상기 복합 부직포에서 대전처리된 멜트블로운 부직포의 총 함량은 상기 복합 부직포의 총중량 100중량부에 대하여 3~50중량부일 수 있다. 상기 대전처리된 멜트블로운 부직포의 총 함량이 상기 범위이내이면, 여과 성능, 형태 안정성 및 내구성이 우수한 복합 부직포를 얻을 수 있다.
상기 복합 부직포는 평량(단위 면적당 질량)이 10~500g/m2, 예를 들어, 20~100 g/m2의 범위일 수 있다.
상기 복합 부직포에 포함된 복수의 부직포들은 초음파 융착이 아닌 열융착에 의해 서로 일체화(즉, 결합)된 것일 수 있다.
상기 복합 부직포는 적어도 하나의 추가층을 더 포함할 수 있다.
일례로서, 상기 각 추가층은 스펀본드 부직포도 아니고 멜트블로운 부직포도 아닌 별개의 부직포를 1개 이상 포함할 수 있다.
다른 예로서, 상기 각 추가층은 부직포가 아닌 다른 재질의 층을 1개 이상 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 복합 부직포의 제조방법을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 복합 부직포의 제조방법은 스펀본드 부직포층을 연속적으로 형성하는 단계(S10) 및 상기 스펀본드 부직포층상에 멜트블로운 부직포층을 연속적으로 형성하는 단계(S20)를 포함한다.
상기 스펀본드 부직포층 연속 형성단계(S10)는 열가소성인 비전도성 중합체(정전성능 보전제 포함)를 용융압출, 냉각 및 연신하여 섬유 원사를 형성한 후, 상기 섬유 원사를 스크린벨트 상에 적층하여 웹화(web forming)하는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 스펀본드 부직포층 연속 형성단계(S10)는 비전도성 중합체(정전성능 보존제를 포함함)로 자유 섬유를 연속적으로 형성하는 단계(S10-1), 상기 자유 섬유를 연속적으로 방사하는 단계(S10-2), 상기 자유 섬유에 극성용매(예를 들어, 물)를 연속적으로 분사하여 상기 자유 섬유를 연속적으로 대전시키는 단계(S10-3) 및 상기 자유 섬유를 연속적으로 집적하여 스펀본드 부직포를 연속적으로 형성하는 단계(S10-4)를 포함할 수 있다.
상기 자유 섬유 연속 대전 단계(S10-3)는 상기 극성용매를 기체(예를 들어, 공기)와 함께 연속적으로 분사함으로써 수행될 수 있다.
상기 자유 섬유 연속 대전 단계(S10-3)는 본 발명자들이 최초로 시도한 것으로서, 기존에는 스펀본드 부직포에 대전처리를 실시한 사례가 전무하였다.
상기 스펀본드 부직포를 대전처리하여 얻어진 부직포는 음전하와 양전하가 반영구적으로 존재하도록 지속적으로 분극된 상태가 된다.
상기 자유 섬유 연속 대전 단계(S10-3)는 생략될 수 있다.
상기 멜트블로운 부직포층 연속 형성단계(S20)는 열가소성인 비전도성 중합체(전하 증가제를 포함함)를 용융 압출, 열풍 연신 및 냉각하여 섬유 원사를 형성한 후, 상기 섬유 원사를 상기 스펀본드 부직포층 연속 형성단계(S10)에서 웹화된 스펀본드 상에 적층하여 웹화하는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 멜트블로운 부직포층 연속 형성단계(S20)는 비전도성 중합체(전하 증가제를 포함함)로 자유 섬유를 연속적으로 형성하는 단계(S20-1), 상기 자유 섬유를 연속적으로 방사하는 단계(S20-2), 상기 자유 섬유에 극성용매(예를 들어, 물)를 연속적으로 분사하여 상기 자유 섬유를 연속적으로 대전시키는 단계(S20-3) 및 상기 자유 섬유를 연속적으로 집적하여 멜트블로운 부직포를 연속적으로 형성하는 단계(S20-4)를 포함할 수 있다.
상기 자유 섬유 연속 대전 단계(S20-3)는 상기 극성용매를 기체(예를 들어, 공기)와 함께 연속적으로 분사함으로써 수행될 수 있다.
이하, 상기 자유 섬유 연속 대전 단계(S20-3)가 종래기술에 비해 이질적이거나 현저한 효과를 가짐을 상세히 설명한다.
(1) 일반적으로 멜트블로운 공정 중에 대전처리할 수 있는 방법으로는 미국등록특허 제6,375,886호와 같이 극성용매와 용융 방사중인 필라멘트와의 마찰을 통해 대전처리하는 것과 미국등록특허 제6,969,484호와 같이 멜트블로운 부직포를 극성용매에 침지시키고 석션(suction) 장치로 부직포 사이로 물이 투과되면서 물과 부직포 사이의 마찰을 통해 대전처리하는 방법이 산업계에서 주로 적용되어 대전처리된 멜트블로운 부직포를 제조하였다. 이와 같이 극성용매를 이용한 대전처리 방법은 대전처리후 극성용매를 건조시키는 후공정이 별도로 필요하며, 따라서 연속공정으로 부직포를 적층하거나 복합화하는 것이 원천적으로 불가능하다. 미국등록특허 제6,375,886호 및 미국등록특허 제6,969,484호는 그 전체가 인용에 의하여 본 명세서에 통합된다.
(2) 미국등록특허 제5,227,172호는 멜트블로운 구금(Die)과 포집체(Collector) 사이에 높은 전위차를 인가하여, 용융 방사되는 수지가 필라멘트화되면서 주위 전기장에 의해서 유도대전처리되도록 하는 방법을 개시하고 있는데, 이 방법은 별도의 후가공처리 없이 대전처리된 멜트블로운 부직포를 수득할 수 있다. 그러나, 이렇게 전위차에 의해 유도대전처리된 부직포는 열이나 주위 환경에 따라 대전 처리 효율이 급격이 감소하는 현상이 나타나기 때문에 미세먼지 제거용 마스크와 같이 판매 과정에서 장기 보관이 필요하거나 공기청정기용 필터와 같이 장시간 사용 수명이 보장되어야 하는 용도로는 적용하기 어려운 단점이 있다. 미국등록특허 제5,227,172호는 그 전체가 인용에 의하여 본 명세서에 통합된다.
본 발명자들은 멜트블로운 부직포층에 극성용매를 공기와 함께 이류체의 형태로 분사하여 적은 분사량으로 충분한 운동에너지를 가진 극성용매 입자를 용융방사 중인 필라멘트에 마찰시켜 높은 효율의 마찰대전 효과를 가질 수 있도록 대전처리 장치를 개발하였으며, 적은 분사량으로 인하여 DCD(Die to collector distance) 구간내에서 가열된 공기에 의해 충분히 가열 증발되기 때문에 별도의 건조설비가 필요 없는 것이 그 특징이다. 이러한 특징으로 인하여 부직포 제조공정과 결합하여 연속 적층에 의해 부직포를 복합화할 수 있는 이점을 갖는다.
상기 멜트블로운 부직포를 대전처리하여 얻어진 부직포는 음전하와 양전하가 반영구적으로 존재하도록 지속적으로 분극된 상태가 되며 이러한 부직포를 일렉트렛(electret) 부직포라 한다.
상술한 바와 같이, 상기 복합 부직포의 제조방법은 상기 자유 섬유 연속 대전 단계(S10-3, S20-3)에서 분사된 상기 극성용매를 제거하기 위한 별도의 건조단계를 포함하지 않을 수 있다.
또한 상술한 바와 같이, 상기 자유 섬유 연속 대전 단계(S10-3, S20-3)에서 연속적으로 분사된 상기 극성용매는 복합 부직포 제조장치의 DCD(Die to collector distance) 구간내에서 가열된 공기에 의해 연속적으로 가열되어 증발될 수 있다.
상기 복합 부직포의 제조방법은 상기 스펀본드 부직포층 연속 형성단계(S10)와 동일한 방식으로 상기 멜트블로운 부직포층상에 또 다른 스펀본드 부직포층을 연속적으로 형성하는 단계(S30)를 더 포함할 수 있다.
상기 복합 부직포의 제조방법은 상기 멜트블로운 부직포층 연속 형성단계(S20) 또는 상기 또 다른 스펀본드 부직포층 연속 형성단계(S30) 이후에 상기 멜트블로운 부직포층의 일면 또는 양면에 상기 각 스펀본드 부직포층을 연속적으로 열압착하는 단계(S40)를 더 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 복합 부직포(10)를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 구현예에 따른 복합 부직포(10)는 제1 스펀본드 부직포층(11), 적어도 부분적으로 대전처리된 멜트블로운 부직포층(12) 및 제2 스펀본드 부직포층(13)을 포함한다.
또한, 상기 복합 부직포의 제조방법을 변형함으로써 다양한 구조 및/또는 구성을 갖는 복합 부직포가 제조될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 물품을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 물품은 상술한 복합 부직포를 포함한다.
상기 물품은 미세먼지 제거용 마스크, 공기청정기용 필터 또는 에어컨용 필터일 수 있다.
실시예 1: 복합 부직포의 제조
스펀본드 부직포층(SB) 형성용 중합체로는 용융지수(MI)가 34g/10min인 프로필렌 단독 중합체(LG화학, H7900)를 사용하였고, 멜트블로운 부직포층(MB) 형성용 중합체로는 용융흐름지수(MFR)가 1000g/10min인 수지(LG화학, H7910)를 사용하였다. 또한, 멜트블로운 부직포층(MB) 형성용 중합체에는 힌더드 아민 광안정제인 Chimasorb 944를 0.5wt%의 함량으로 첨가하였다. 또한, 스펀본드 부직포층(SB) 형성용 중합체에는 정전성능 보존제로서 광안정제(Uvinul® 5050H(alpha-alkenes(C22) maleic anhydride-4-amino-2,2,6,6-tetramethylpiperidine), Basf) 1.1wt%, 열안정제(Irganox® 3114, Basf) 1.1wt% 및 결정제어제(aluminum stearate, Sigma-Aldrich) 1.1wt%의 함량비로 첨가하였다. 이후, 도 2에 도시된 것과 같은 복합 부직포의 제조장치를 이용하여 스펀본드-멜트블로운-스펀본드(SMS) 형태의 복합 부직포를 연속적으로 제조하였다. 구체적으로, 멜트블로운 부직포층(MB)은 상기 복합 부직포의 제조장치에서 이류체 노즐을 통해 공기와 함께 물(즉, 공기와 물의 혼합물)과 접촉함으로써 연속적으로 대전처리된후 스펀본드 부직포층(SB)의 상부에 적층되고, 상기 멜트블로운 부직포층(MB)의 상부에 또 다른 스펀본드 부직포층(SB)이 적층된다. 결과로서 SMS 부직포 적층체를 얻었다. 이후, 상기 SMS 부직포 적층체는 엠보 패턴이 형성되어 있는 롤과 요철이 없는 롤 사이에서 열압착 공정을 거쳐 하나의 복합 부직포 형태로 제조되었다. 여기서, SMS 복합 부직포의 전체 평량은 100gsm(g/m2)으로 조절하였으며, 이 중 멜트블로운 부직포층(MB)의 평량은 22gsm으로 조절하였다.
실시예 2: 복합 부직포의 제조
스펀본드 부직포층(SB) 형성용 중합체에 정전성능 보존제로서 광안정제(Uvinul® 5050H, Basf) 0.2wt%, 열안정제(Irganox® 3114, Basf) 1.1wt% 및 결정제어제(aluminum stearate, Sigma-Aldrich) 1.1wt%의 함량비로 첨가한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SMS 복합 부직포를 제조하였다.
실시예 3: 복합 부직포의 제조
스펀본드 부직포층(SB) 형성용 중합체에 정전성능 보존제로서 광안정제(Uvinul® 5050H, Basf) 2.0wt%, 열안정제(Irganox® 3114, Basf) 1.1wt% 및 결정제어제(aluminum stearate, Sigma-Aldrich) 1.1wt%의 함량비로 첨가한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SMS 복합 부직포를 제조하였다.
실시예 4: 복합 부직포의 제조
스펀본드 부직포층(SB) 형성용 중합체에 정전성능 보존제로서 광안정제(Uvinul® 5050H, Basf) 1.1wt%, 열안정제(Irganox® 3114, Basf) 0.2wt% 및 결정제어제(aluminum stearate, Sigma-Aldrich) 1.1wt%의 함량비로 첨가한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SMS 복합 부직포를 제조하였다.
실시예 5: 복합 부직포의 제조
스펀본드 부직포층(SB) 형성용 중합체에 정전성능 보존제로서 광안정제(Uvinul® 5050H, Basf) 1.1wt%, 열안정제(Irganox® 3114, Basf) 2.0wt% 및 결정제어제(aluminum stearate, Sigma-Aldrich) 1.1wt%의 함량비로 첨가한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SMS 복합 부직포를 제조하였다.
실시예 6: 복합 부직포의 제조
스펀본드 부직포층(SB) 형성용 중합체에 정전성능 보존제로서 광안정제(Uvinul® 5050H, Basf) 1.1wt%, 열안정제(Irganox® 3114, Basf) 1.1wt% 및 결정제어제(aluminum stearate, Sigma-Aldrich) 0.2wt%의 함량비로 첨가한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SMS 복합 부직포를 제조하였다.
실시예 7: 복합 부직포의 제조
스펀본드 부직포층(SB) 형성용 중합체에 정전성능 보존제로서 광안정제(Uvinul® 5050H, Basf) 1.1wt%, 열안정제(Irganox® 3114, Basf) 1.1wt% 및 결정제어제(aluminum stearate, Sigma-Aldrich) 2.0wt%의 함량비로 첨가한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SMS 복합 부직포를 제조하였다.
비교예 1: 복합 부직포의 제조
스펀본드 부직포층(SB) 형성용 중합체에 정전성능 보존제로서 광안정제(Uvinul® 5050H, Basf) 0.1wt%, 열안정제(Irganox® 3114, Basf) 1.1wt% 및 결정제어제(aluminum stearate, Sigma-Aldrich) 1.1wt%의 함량비로 첨가한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SMS 복합 부직포를 제조하였다.
비교예 2: 복합 부직포의 제조
스펀본드 부직포층(SB) 형성용 중합체에 정전성능 보존제로서 광안정제(Uvinul® 5050H, Basf) 2.5wt%, 열안정제(Irganox® 3114, Basf) 1.1wt% 및 결정제어제(aluminum stearate, Sigma-Aldrich) 1.1wt%의 함량비로 첨가한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SMS 복합 부직포를 제조하였다.
비교예 3: 복합 부직포의 제조
스펀본드 부직포층(SB) 형성용 중합체에 정전성능 보존제로서 광안정제(Uvinul® 5050H, Basf) 1.1wt%, 열안정제(Irganox® 3114, Basf) 0.1wt% 및 결정제어제(aluminum stearate, Sigma-Aldrich) 1.1wt%의 함량비로 첨가한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SMS 복합 부직포를 제조하였다.
비교예 4: 복합 부직포의 제조
스펀본드 부직포층(SB) 형성용 중합체에 정전성능 보존제로서 광안정제(Uvinul® 5050H, Basf) 1.1wt%, 열안정제(Irganox® 3114, Basf) 2.5wt% 및 결정제어제(aluminum stearate, Sigma-Aldrich) 1.1wt%의 함량비로 첨가한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SMS 복합 부직포를 제조하였다.
비교예 5: 복합 부직포의 제조
스펀본드 부직포층(SB) 형성용 중합체에 정전성능 보존제로서 광안정제(Uvinul® 5050H, Basf) 1.1wt%, 열안정제(Irganox® 3114, Basf) 1.1wt% 및 결정제어제(aluminum stearate, Sigma-Aldrich) 0.1wt%의 함량비로 첨가한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SMS 복합 부직포를 제조하였다.
비교예 6: 복합 부직포의 제조
스펀본드 부직포층(SB) 형성용 중합체에 정전성능 보존제로서 광안정제(Uvinul® 5050H, Basf) 1.1wt%, 열안정제(Irganox® 3114, Basf) 1.1wt% 및 결정제어제(aluminum stearate, Sigma-Aldrich) 2.5wt%의 함량비로 첨가한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 SMS 복합 부직포를 제조하였다.
상기 실시예 1~7 및 비교예 1~6에서 사용된 정전성능 보존제의 종류 및 함량을 정리하여 하기 표 1에 나타내었다.
실시예
1 2 3 4 5 6 7
광안정제(wt%) 1.1 0.2 2.0 1.1 1.1 1.1 1.1
열안정제(wt%) 1.1 1.1 1.1 0.2 2.0 1.1 1.1
결정제어데(wt%) 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 0.2 2.0
비교예
1 2 3 4 5 6
광안정제(wt%) 0.1 2.5 1.1 1.1 1.1 1.1
열안정제(wt%) 1.1 1.1 0.1 2.5 1.1 1.1
결정제어제(wt%) 1.1 1.1 1.1 1.1 0.1 2.5
평가예: 부직포의 물성 평가
상기 실시예 1~7 및 비교예 1~6에서 제조된 각각의 부직포의 미세먼지 제거 성능 유지율과 인장강도 유지율을 하기와 같은 방법으로 평가하여, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
(1) 측정 장치: TSI사의 TSI-8130 모델을 사용하였다.
(2) 에어로졸 형성: 상기 측정 장치는 염화나트륨 수용액과 공기를 접촉시킨 후 물을 증발시켜 공기 중에 분산된 염화나트륨을 포함하는 평균입경이 0.3㎛이고 염화나트륨 입자 농도가 18.5mg/m3인 에어로졸을 형성하였다.
(3) 에어로졸 투과율 평가: 에어로졸의 투과 면속도는 16cm/sec이고, 부직포의 평가면적은 100cm2이었다. 상기 에어로졸 투과율을 미세먼지 투과율로 기록하였다.
(4) 에어로졸 제거효율 평가: 에어로졸 제거효율은 하기 수학식 1로 표현될 수 있다. 상기 에어로졸 제거효율 미세먼지 제거효율로 기록하였다.
[수학식 1]
에어로졸 제거효율 (%) = 100 - 에어로졸 투과율(%)
(5) 가속노화 처리: 부직포를 건조오븐(dry oven)에서 70
Figure 112021027070317-pat00001
의 온도로 3일 동안 보관하였다.
(6) 가속노화 처리 전과 후에 에어로졸 제거효율과 압력손실을 평가하였다.
(7) 하기 수학식 2에 따라 미세먼지 제거 성능 유지율을 계산하였다.
[수학식 2]
미세먼지 제거 성능 유지율(%)=(가속노화 처리후 미세먼지 제거효율)/(가속노화 처리전 미세먼지 제거효율)×100
상기 수학식 2에서, 상기 미세먼지는 공기 중에 분산된 염화나트륨을 포함하는 에어로졸이고, 상기 가속노화 처리는 상기 복합 부직포를 70℃의 온도 조건에서 3일 동안 보관한 것을 의미한다.
(8) 하기 수학식 3에 따라 미세먼지 인장강도 유지율을 계산하였다.
[수학식 3]
인장강도 유지율(%)=(가속노화 처리후 인장강도)/(가속노화 처리전 인장강도)×100
상기 수학식 3에서, 상기 인장강도는 인장강신도기(Instron)을 통해 KSK 0520에 의거하여 시험편의 폭 5㎝의 시험편을 그립간 간격 10㎝ 및 인장속도 500㎜/min의 조건으로 인장하여 MD 방향 및 CD 방향의 인장강도를 각각 측정하였다. 이때, MD 방향 및 CD 방향의 인장강도는 부직포 시험편을 QUV 자외선 촉진 내후성 시험 조건(0.89W/m2)하에서 500시간 처리한 가속노화 이후에 측정되었다.
(8) 방사 안정성: 단위 폭(m)당 단위 시간(hr) 당 사절이 2개 이상 발생할 경우 방사불량으로 판정하였다.
실시예
1 2 3 4 5 6 7
미세먼지 제거 성능 유지율(%) 94 87 96 93 94 89 91
인장강도 유지율(%) 75 65 85 73 77 74 70
방사 안정성 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호
비교예
1 2 3 4 5 6
미세먼지 제거 성능 유지율(%) 68 96 76 78 85 94
인장강도 유지율(%) 35 75 66 38 39 73
방사 안정성 양호 불량 양호 양호 양호 불량
상기 표 2를 참조하면, 실시예 1~7에서 제조된 복합 부직포는 미세먼지 제거 성능 유지율이 85% 이상이고, 인장강도 유지율도 50% 이상이고, 방사 안정성도 양호한 것으로 나타났다.
그러나, 비교예 1 및 4에서 제조된 복합 부직포는 방사 안정성은 양호하지만, 미세먼지 제거 성능 유지율이 85% 미만이고, 인장강도 유지율도 50% 미만인 것으로 나타났다.
또한, 비교예 2 및 6에서 제조된 복합 부직포는 미세먼지 제거 성능 유지율이 85% 이상이고, 인장강도 유지율도 50% 이상이지만, 방사 안정성이 불량인 것으로 나타났다.
또한, 비교예 3에서 제조된 복합 부직포는 인장강도 유지율이 50% 이상이고, 방사 안정성도 양호하지만, 미세먼지 제거 성능 유지율이 85% 미만인 것으로 나타났다.
또한, 비교예 5에서 제조된 복합 부직포는 미세먼지 제거 성능 유지율이 85% 이상이고, 방사 안정성도 양호하지만, 인장강도 유지율이 50% 미만인 것으로 나타났다.
본 발명은 도면 및 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 구현예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 복합 부직포 11: 제1 스펀본드 부직포층
12: 대전처리된 멜트블로운 부직포층 13: 제2 스펀본드 부직포층

Claims (13)

  1. 2종 이상의 부직포가 하나의 장치에서 각각 연속공정으로 제조되어 서로 일체화된 공기 필터용 복합 부직포로서,
    대전처리된 멜트블로운 부직포층 및 이의 일면 또는 양면에 배치된 스펀본드 부직포층을 포함하고,
    상기 스펀본드 부직포층은 정전성능 보존제를 포함하고,
    상기 정전성능 보존제의 함량은 상기 스펀본드 부직포층의 총중량을 기준으로 0.6~6.0wt%이고,
    상기 정전성능 보존제는 광안정제, 열안정제 및 결정제어제를 모두 포함하고,
    상기 광안정제의 함량, 상기 열안정제의 함량 및 상기 결정제어제의 함량은 각각 상기 스펀본드 부직포층의 총중량을 기준으로 0.2~2.0wt%인 복합 부직포.
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  5. 제1항에 있어서,
    상기 광안정제는 힌더드 아민 광안정제를 포함하는 복합 부직포.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 열안정제는 산화방지제를 포함하는 복합 부직포.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 결정제어제는 지방산의 금속염을 포함하는 복합 부직포.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복합 부직포는 제1 스펀본드 부직포층, 상기 대전처리된 멜트블로운 부직포층 및 제2 스펀본드 부직포층을 이 순서대로 포함하는 복합 부직포.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 멜트블로운 부직포층은 적어도 하나의 대전처리된 멜트블로운 부직포 서브층을 포함하는 복합 부직포.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 멜트블로운 부직포층은 적어도 하나의 대전처리된 멜트블로운 부직포 서브층 및 적어도 하나의 대전처리되지 않은 멜트블로운 부직포 서브층을 포함하는 복합 부직포.
  11. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 추가층을 더 포함하는 복합 부직포.
  12. 제1항 및 제5항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 복합 부직포를 포함하는 물품.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 물품은 미세먼지 제거용 마스크, 공기청정기용 필터 또는 에어컨용 필터인 물품.
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